Molekulare und zellbiologische Untersuchungen zur Rolle von Nrf2 bei der Alterung humaner neuraler Progenitorzellen

Eine wahrscheinliche Ursache der ‚normalen’, physiologischen Alterung des Gehirns ist der Funk-tions¬verlust neuraler Progenitorzellen (NPC) im adulten Gehirn, der mit reduzierter NPC-Proli-feration sowie verminderter Neurogenese einhergeht. Tierexperimentelle Studien zeigten, dass diese verminderte regenerative Kapazitat des Gehirns zur Beeintrachtigung von kognitiven Funk-tionen fuhrt, die auch beim Menschen im Alter beobachtet werden. Im Einklang mit der bereits 1956 veroffentlichten ‚Free Radical Theory of Aging‘, welche postuliert, dass oxidativer Stress ursachlich an zellularen Alterungsprozessen beteiligt ist, entwickelte sich so die Hypothese, dass auch die Alterung von NPCs des Menschen durch vermehrte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ge¬trig¬gert wird. Die molekularen Mechanismen, die solch einer NPC-Alterung zu Grunde liegen, sind jedoch weitestgehend unbekannt. Daher waren es die Ziele der vorliegenden Dissertation, (i) ein humanes Zellmodell zu etablieren, welches Alterungsprozesse von NPCs in vitro abbildet, (ii) in diesem Zellsystem die antioxidativen Kapazitaten junger versus gealterter humaner NPCs zu untersuchen und (iii) die Rolle des Trans-kriptionsfaktors und Masterregulators der antioxidativen Abwehr Nrf2 bei der Alterung humaner NPCs aufzuklaren. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass in Kultur gealterte hNPCs einen Alterungs-phanotyp aufweisen, welcher auch in vivo in gealterten Gehirnen beobachtet wird und mit der Akkumulation von β-Galaktosidase, einem etablierten Alterungsmarker, einhergeht. So haben gealterte NPCs eine verminderte Proliferationsrate, die von einer erhohten Expression des Zellzyklusinhibitors p21 sowie einer verringerten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors begleitet wird. Zudem ist die Differenzierungskapazitat von gealterten NPCs zu Neu¬ronen und Oligodendrozyten reduziert. Diese gealterten NPCs waren zudem deutlich sensitiver gegenuber durch H2O2 und Tetrachlorohydrochinon (TCHQ) generiertem oxidativen Stress als junge NPCs, da sie bei niedrigeren Konzentrationen dieser Substanzen an Viabilitat verloren. Real-Time-PCR-Analysen von jungen und gealterten NPCs, die mit nicht zytotoxischen Konzentrationen von H2O2 und TCHQ belastet wurden, ergaben, dass in den gealterten Zellen Genprodukte der anti¬oxidativen Abwehr, namlich der Superoxiddismutase (SOD1), Catalase (CAT) und Glutathion¬peroxidase (GPx) nicht induziert werden. Dies entspricht der Reaktion der Neuroblastomzelllinie SH-SY5Y, welche auch nicht mit einer vermehrten Transkription dieser Genprodukte auf ROS reagiert und bereits bei niedrigeren Konzentrationen als junge NPCs den Weg des Zelltods beschreitet. Untersuchungen zur Expression und Funktion des Transkriptionsfaktors und Master¬regulators der antioxidativen Abwehr Nrf2, welcher die Expression von SOD1, CAT und GPx reguliert, bestatigten das Vorhandensein von Nrf2 in jungen und gealterten NPCs. Allerdings verloren die alten NPCs die Fahigkeit Nrf2 nach oxidativem Stress zu stabilisieren und somit dem proteasomalen Abbau zu entziehen. Dieser Verlust der posttranslationalen Regulation von Nrf2 ist zum Einen fur die mangelnde Adaptation humaner NPCs gegenuber oxidativem Stress ver¬ant¬wortlich, zum Anderen vermittelt er auch den Funktionsverlust der NPCs, da ein Nrf2-Gen-Knockdown die Proliferation und die neuronale Differenzierung reduziert und somit den Alterungs¬phanotyp reproduziert. Die Daten dieser Arbeit zeigen also, dass (i) hNPCs in vitro altern und somit ein geeignetes Zellmo-dell darstellen, um molekulare Mechanismen von Alterungsprozessen zu untersuchen, (ii) gealterte hNPCs ROS-detoxifizierende Kapazitaten verlieren und (iii) der Funktionsverlust der Nrf2-Regulation an der Alterung humaner NPCs beteiligt ist. Zusammenfassend lasst sich sagen, dass das Neurospharenmodell ein vielversprechendes in vitro Al¬terungsmodell ist, welches klare Vorteile gegenuber anderen verfugbaren Modellen aufweist.